DE19926372C2

DE19926372C2 - Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an Membranen

Info

Publication number: DE19926372C2
Application number: DE19926372A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Roehner
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: JP2003507730A; JP3568509B2; EP1185847A1; WO2001014844A1; DE19926372A1; US6679101B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung befasst sich mit einer Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an Membranen oder dergleichen für flüssige Medien, wobei die Membran zumindest über einen Teilbereich ihrer flächenmäßigen Ausdehnung mit wenigstens einem elektrisch leitfähigen Leiter versehen ist, der bei einer Veränderung an der Membranfläche eine Änderung eines Messsignals des elektrischen Widerstands des Leiters bewirkt.

Einrichtungen dieser Art werden vorwiegend dort benutzt wo Flüssigkeiten über Membranen von der Außenwelt abgetrennt oder auch wo Membranen zur Förderung der Flüssigkeiten benutzt werden. Hier werden häufig sehr hohe Anforderungen an den Reinheitsgrad der Flüssigkeit gestellt und die Flüssigkeit wird vor jeglicher Verunreinigung geschützt. Dieses ist beispielsweise der Fall, bei der Behandlung von Lebensmitteln, Chemikalien und anderen Flüssigkeiten.

Stand der Technik

Zur Überwachung der Dichtigkeit einer bewegten Membran in einer Membranpumpe wird in DE 29 43 509 B1 vorgeschlagen, mittels elektronischer Einrichtungen die elektrische Leitfähigkeit durch die Membran oder durch eine Teilmembran zu messen. Die Membranpumpe wird hydraulisch betätigt und das Messprinzip setzt voraus, dass entweder Arbeits- und Förderflüssigkeit elektrisch leitfähig sind, oder in der Membran scheibenförmige Hohlräume vorgesehen sind, in denen sich eine Elektrolytflüssigkeit befindet. Von Nachteil ist hierbei der eingeschränkte Anwendungsbereich auf leitfähige Flüssigkeiten beziehungsweise der sehr aufwendige Aufbau der Membran mit Elektrolytflüssigkeit.

Aus DE-AS 03 63 636 ist bekannt, für die messtechnische Erfassung einer Leckstelle an einem Ölbehälter einen quellfähigen Stoff zu verwenden, der in Verbindung mit einem elektrischen Leitersystem durch eine Längenänderung des Formkörpers einen elektrischen Kontakt schließt oder öffnet und dadurch eine Undichtigkeit anzeigt.

Durch die EP 0 715 690 A1 ist eine flexible Pumpenmembran bekannt, die aus einer oder mehreren Schichten eines flexiblen Materials besteht, wovon eine Schicht aus einem verdichteten porösen Polytetrafluoretyhylen besteht, in die eine elektrisch leitende Faser aus expandiertem porösen Polytetrafluorethylen eingebettet ist. Die leitende Faser wird an eine Überwachungsvorrichtung angeschlossen und der Zustand der Membran durch Messen von Änderungen der Leitfähigkeit überwacht. Die Herstellung einer solchen Membran mit in die PTFE-Schicht eingebetteter Faser ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an Membranen oder dergleichen zuschaffen, die möglichst kostengünstig ist und die bereits bei geringsten Undichtheiten in der Membran eine sichere Anzeige ergibt. Die Lösung der gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Der wesentliche Erfindungsgedanke beruht somit darauf, dass an der Membran elektrisch leitfähige Leiter angeordnet sind, von denen zumindest ein Leiter als durchbrochene Fläche ausgebildet ist, die Membran mit einem Quellvlies versehen wird, das bei Einwirkung der Flüssigkeit durch Risse oder dergleichen in der Membran aufquillt, wodurch die elektrischen Leiter entweder miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Die Leiter sind nicht in der Membran selbst angeordnet, sondern befinden sich an der Membran. Eine günstige Ausbildung der Membran ergibt sich dann, wenn sie einen sandwichartigen Aufbau aus wenigstens zwei Schichten hat und die Leiter zwischen zwei benachbarten Schichten eingebettet sind. Bevorzugt werden die Leiter übereinanderliegend angeordnet und durch einen Isolator getrennt. Je nachdem ob durch das Quellvlies eine Verbindung oder eine Trennung der Leiter erreicht werden soll, wird das Quellvlies elektrisch leitend oder nicht elektrisch leitend vom Material her ausgestaltet.

Das Quellvlies selbst kann als Parallelschicht zu den Membranschichten eingebracht sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausbildungsform wird die Membran aus einer Elastomerschicht und einer PTFE-Schicht gebildet, zwischen die das Quellvlies und die Leiter eingebettet sind, dabei schließt das Quellvlies an die PTFE-Schicht an.

Eine günstige Lösung ergibt sich dann, wenn ein Leiter als geschlossene Fläche und der andere Leiter als durchbrochene Fläche ausgebildet ist, und die der Flüssigkeit zugewandte Schicht der Membran aus PTFE gebildet wird, auf die ein Quellvlies aufgebracht wird. Auf das Quellvlies wird ein erster Leiter mit einer durchbrochenen Fläche aufgelegt, an dem eine Isolierschicht mit den gleichen Durchbrechungen anschließt. Sodann folgt der zweite Leiter als geschlossene Fläche und daran anschließend eine Elastomerschicht. Die so aufgebaute Einrichtung wird mit einem elektrisch leitfähigen Quellvlies ausgestattet, dieses bläht sich bei Eindringen von Flüssigkeit auf und dringt in die Durchbrüche des ersten Leiters und des Isolators ein, bis es zum Anliegen am zweiten Leiter kommt. Auf die Weise werden die beiden leitenden Ebenen der Leiter miteinander verbunden und eine entsprechende Überwachungseinrichtung zeigt diesen Zustand an.

Eine andere ebenfalls günstige Ausführungsform sieht vor, dass die Leiter und zwar in beiden Ebenen aus unterbrochenen Flächen gebildet sind, wobei die jeweils aufeinanderfolgenden Flächenabschnitte der Leiter sich brückenartig kontaktieren, so dass beide Leiterebenen elektrisch leitend in Verbindung stehen. Zumindest bei einem der Leiter werden die zwischen den Flächenabschnitt vorhandenen Räume mit dem Quellvlies ausgefüllt. Dieses Quellvlies wird aus nicht leitendem Material gewählt. Sobald das Quellvlies mit der Flüssigkeit in Verbindung tritt, quillt es auf und trennt die beiden Leiterebenen voneinander, was in der Überwachungseinrichtung angezeigt wird.

Der Aufbau einer solchen Einrichtung besteht aus einer PTFE-Membranschicht, einen darauf aufgebrachten ersten Leiter aus Flächenabschnitten, mit zwischen den Flächenabschnitten eingefügtem Quellvlies und einem zweiten die Flächenabschnitte brückenartig verbindenden Leiter, sowie einer darauf folgenden Elastomer-Membranschicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, wird in einfacher Weise durch ein aneinanderfügen der einzelnen Schichten beziehungsweise Leiterschichten und verkleben oder vulkalisieren erreicht. Eine solche Membran hat außerdem eine hohe Festigkeit bei höchster Flexibilität.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Es zeigt

Fig. 1 den Aufbau einer Membran im Schnitt im unverletzten Zustand mit einem elektrisch leitenden Quellvlies,

Fig. 2 die Membran nach Fig. 1 mit einer Undichtheit,

Fig. 3 den Aufbau einer Membran im Schnitt mit einem nicht leitenden Quellvlies im unverletzten Zustand,

Fig. 4 die Membran nach Fig. 3 mit einer Beschädigung, und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Membran nach den Fig. 3 und 4.

Die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an einer Membran besteht im wesentlichen aus der Membran 1 in sandwichartigem Aufbau und dem Meßgerät 2 für die Erfassung von Meßsignalen. Die der Flüssigkeit zugewandte Membran-Schicht 3 ist aus PTFE, während die der Flüssigkeit abgewandte Membran-Schicht 4 eine Elastomerschicht ist. Zwischen die beiden Membranschichten 3 und 4 sind die elektrischen Leiter 5 und 6 angeordnet. Die Leiter 5 und 6 sind durch den Isolator 7 getrennt. Der Leiter 6 ist eine geschlossene Fläche, die als Schicht auf die Membranschicht 4 aus einem Elastomer aufgebracht ist. Der Leiter 5 hat eine durchbrochene Fläche und ist in der Form eines Siebes ausgebildet. Die gleiche Form hat auch der Isolator 7 der zwischen den Leitern 5 und 6 liegt. Unmittelbar an die PTFE-Membranschicht 3 schließt das Quellvlies 8 an, das als Schicht auf die PTFE-Membran 3 aufgebracht ist. Das Quellvlies 8 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Über die Anschlüsse 9 und 10 sind die Leiter 5 und 6 mit dem Meßgerät 2 verbunden. Sobald an irgendeiner Stelle der Membranschicht 3 eine Undichtheit auftritt und Flüssigkeit das Quellvlies 8 erreicht, quillt dieses sofort auf. Bei einer Quellschicht von beispielsweise von 0,5 mm wird ein Aufquellen von ungefähr dem 20-fachen auf ca. 11 mm in kürzester Zeit erreicht. Durch das Aufquellen werden die beiden Leiter 5 und 6 wie in Fig. 2 gezeigt miteinander verbunden, dadurch entsteht eine Änderung des elektrischen Widerstands zwischen den Leitern 5 und 6 und es erfolgt eine entsprechende Anzeige am Meßgerät 2. In der Fig. 2 sind alle Teile identisch mit den Teilen in der Fig. 1. Lediglich in der PTFE-Membranschicht 3 ist bei 11 ein Riß eingetreten und Flüssigkeit zur Quellvliesschicht 8 gelangt. Das Quellvlies 8 ist aufgequollen und hat den freien Durchbruch 12 in den Ebenen von Leiter 5 und Isolator 7 ausgefüllt, wodurch die obenerwähnte Widerstandsänderung eintritt.

Je nach Einsatzgebiet der Membran 1 werden die Membranschichten 3 und 4, sowie Quellvlies 8 und Leiter 5, 6 nach Material und konstruktiver Ausbildung ausgewählt. Im vorliegendem Beispiel wird durch die PTFE Membranschicht eine höchste Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen erreicht. Während die deutlich dickere Elastomer-Membranschicht 4, die im Beispiel eine 4-fache Stärke der PTFE-Membranschicht 3 hat, der Membran 1 eine hohe Elastizität und Betriebsdauer verleiht. Darüber hinaus ergibt dieser schichtartige Aufbau der Membran 1 eine hohe Sicherheit, da Undichtigkeiten in der PTFE- Membranschicht 3 frühzeitig erkannt werden, ohne daß Flüssigkeit nach außen treten konnte. Hierfür ist als besondere Sicherheit die Elstomer- Membranschicht 4 vorhanden, die als zweite Barriere den Durchtritt von Flüssigkeit nach außen flächendeckend absichert.

In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform der Membran 1 dargestellt. Der sandwichartige Aufbau der Membran 1 aus einer ersten Membranschicht 3 aus PTFE und einer zweiten Membranschicht 4 aus einem Elastomer ist beibehalten. Zwischen den beiden Membranschichten 3 und 4 sind die Leiter 13 und 14 eingefügt und zwar ebenfalls in Schichtform. Die Leiter 13 und 14 bestehen aus aufeinanderfolgenden Flächenabschnitten, die sich überlappen und brückenartig kontaktieren. Die Überlappung erfolgt an den Stellen 15. Die einzelnen Flächenabschnitte 16 und 17 der einzelnen Leiter 13 und 14 sind im vorliegendem Fall etwa gleich groß ausgebildet. Der Leiter 13 liegt unmittelbar an der Membranschicht 3 an. Die vorhandenen Räume 18 zwischen den einzelnen Flächenabschnitten 16 sind mit dem Quellvlies 19 ausgefüllt. Auf den Leiter 14 folgt die Membranschicht 4 aus einem Elastomer.

In der Fig. 4 ist der Fall eingezeichnet, bei dem durch einen Riss 20 in der Membranschicht 3 Flüssigkeit zum Quellvlies 19 gelangt ist. Das Quellvlies 19 ist an der betreffenden Stelle aufgequollen und hat die beiden Leiter 13 und 14 voneinander getrennt. Die entsprechende Widerstandsänderung ist am Meßgerät 2 ablesbar. Der Leiter 13 ist mit der Membranschicht 3 und der Leiter 14 mit der Membranschicht 4 fest verbunden.

In der Fig. 5 ist in der Draufsicht die Anordnung der einzelnen Flächenabschnitte 16 und 17 zueinander sichtbar gemacht. Auf der Membranschicht 4 sind die einzelnen Flächenabschnitte 17 aufgebracht, die zum Leiter 14 gehören. Brückenartig darüber angeordnet ist der Leiter 13, mit den einzelnen Flächenabschnitten 16. Die Flächenabschnitte 16 und 17 überlappen sich an den Stellen 15.

Claims

1. Einrichtung zur Erkennung von Undichtheiten an einer Membran für flüssige Medien, wobei die Membran zumindest über einen Teilbereich ihrer flächenmäßigen Ausdehnung mit wenigstens zwei elektrischen Leitern (5, 6; 13, 14) versehen ist, wobei zumindest ein Leiter als durchbrochene Fläche ausgebildet ist, die Membran (1) mit einem Quellvlies (8, 19) versehen ist, das bei Einwirkung der flüssigen Medien die Leiter (5, 6; 13, 14) miteinander verbindet oder voneinander trennt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) einen sandwichartigen Aufbau aus wenigstens zwei Membranschichten (3, 4, 13, 14) hat und dass die Leiter (5, 6, 13, 14) zwischen zwei benachbarten Membranschichten (3, 4) eingebettet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (5, 6, 13, 14) übereinanderliegend angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellvlies (8) elektrisch leitend ist und die Leiter (5, 6) durch einen Isolator (7) getrennt sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellvlies (19) nicht elektrisch leitend ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellvlies (8) als Parallelschicht zu den Membranschichten (3, 4) eingebracht ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (1) aus einer PTFE Membranschicht (3) und einer Elastomer-Membranschicht (4) besteht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellvlies (8, 19) an die PTFE Membranschicht (3) anschließt. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiter (6) als geschlossene Fläche ausgebildet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet, durch eine PTFE-Membranschicht (3), auf die ein Quellvlies (8) als Schicht aufgebracht ist, eine durchbrochene Fläche als ersten Leiter (5), eine durchbrochene Isolierschicht (7), eine geschlossene Fläche als zweiten Leiter (6) und eine Elastomer-Membranschicht (4).

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (12) im ersten Leiter (5) und in der Isolierschicht (7) identisch sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (13, 14) aus Flächenabschnitten (16, 17) gebildet sind, wobei die jeweils aufeinanderfolgenden Flächenabschnitte (16, 17) der beiden Leiter (13, 14) sich brückenartig kontaktieren und zumindest bei einem Leiter (13), die zwischen den Flächenabschnitten (16) vorhandenen Räume (18) mit dem Quellvlies (19) ausgefüllt sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet, durch eine PTFE-Membranschicht (3), einen daran anschließenden ersten Leiter (13) aus Flächenabschnitte (16) mit eingefügtem Quellvlies (19), einen die Flächenabschnitten (16) brückenartig verbindenden zweiten Leiter (14) und eine Elastomerschicht (4).

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten der Membran (1) miteinander durch Verkleben oder Vulkanisieren miteinander verbunden sind.